RadartutorialAbb. 3: Würzburg-Riese, ein deutsches Radargerät aus dem 2. Weltkrieg (Exponat in Greding auf dem Kalvarienberg) „Radartutorial“ () 4 Abb. 4: Prinzip eines Radargerätes

„Radartutorial“ (www.radartutorial.eu)

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Radartutorial

Buch 1 „Radargrundlagen“ Die vorliegende Ausbildungshilfe ist eine Zusammenfassung des ersten Kapitels der Internetpräsentation „Radargrundlagen“ auf www.radartutorial.eu. (Stand: 08.04.2012) Inhaltsverzeichnis: Radartutorial .......................................................................................................................... 1

Lernziele: ................................................................................................................... 1

Vorwort ...................................................................................................................... 2

Geschichtlicher Überblick ...................................................................................................... 2 Prinzip eines Radargerätes ................................................................................................... 4

Signalablauf ................................................................................................................... 4 Zeitsteuerung eines Radargerätes ................................................................................. 5

Impulsfolgefrequenz................................................................................................... 5

Tastverhältnis (Duty Cycle) ........................................................................................ 5

Richtungsermittlung eines Zieles ................................................................................... 6 Winkelübertragung ..................................................................................................... 6

Messung des Höhenwinkels ...................................................................................... 7

Berechnung der Zielhöhe ........................................................................................... 7

Entfernungsbestimmung ................................................................................................ 8 Herleitung der Formel zur Entfernungsbestimmung ................................................... 8

Maximale Messentfernung ......................................................................................... 9

Radargleichung ............................................................................................................11 Herleitung der Radargleichung .................................................................................11

Einflüsse auf die Reichweite einer Radaranlage .......................................................14

Die Radargleichung in der Praxis ..................................................................................14 Sendeleistung ...........................................................................................................14

Empfängerempfindlichkeit .........................................................................................15

Antennengewinn .......................................................................................................15

Mehrfrequenzradargeräte (Frequenz-Diversity) ............................................................16 Arbeitsprinzip ............................................................................................................16

Aufgaben der Baugruppen ........................................................................................16

Zusammenfassung Frequenz-Diversity: ....................................................................17

Wissenstest ..........................................................................................................................18 Lernziele:

Die hier genannten Lernziele sollen einen Überblick über die zu erwartenden Themen in diesem Kapitel geben. Das Kapitel „Radargrundlagen” vermittelt die Basiskenntnisse zum Verständnis der folgenden Kapitel über spezielle Radarbaugruppen. Es ist dafür vorgesehen, Hintergrundwissen zum Radarprinzip, der Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen, zu den Radarsignalen, zum Auflösungsvermögen und der Radargrundgleichung zu vermitteln. Am Ende dieses Kapitels sollte der Lernende die Grundlagen des Radars kennen und die wichtigsten Leistungsparameter eines Primärradargerätes bewerten können. Er sollte

das Prinzip des Impuls-Doppler-Radarverfahrens erklären können;

die Begriffe Schrägentfernung, Seiten- und Höhenwinkel ein einem Radarsystem definieren können;

die Einflüsse von Impulsdauer, Impulsleistung und Antennendiagramm auf die Leistung eines Radarsystems kennen;

die Einflussfaktoren auf die Genauigkeit der Ortung kennen;

die Vorteile eines Mehrfrequenzradargerätes beschreiben;

an Hand eines einfachen Blockschaltbildes die Hauptbaugruppen eines Radargerätes und deren Zusammenwirken beschreiben können.

http://www.radartutorial.eu/


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Abb. 1: Wandgemälde aus der Technischen Schule der Luftwaffe 1 (Kaufbeuren) schön zeigend: auch damals stand die Verwaltung im Vordergrund!

Vorwort

Das Arbeitsprinzip der Radargeräte ist einfach zu verstehen, obwohl die theoretischen Grundlagen recht komplex sind. Trotzdem ist auch das Verständnis der Theorie eine Grundlage dafür, Radargeräte effektiv zu nutzen und zu bedienen. Der Aufbau und die Bedienung eines Radargerätes berühren viele technische Disziplinen angefangen vom Bauingenieurwesen, über Mechanik und Elektroinstallation bis zur Hochfrequenztechnik und Datenverarbeitungssystemen. Beginnend mit der Physik haben einige Naturgesetze hier eine besondere grundlegende Bedeutung. Für die Arbeit eines jeden Radargerätes wirken drei grundlegende physikalische Gesetzmäßigkeiten:

1. Die geradlinige Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen. Bei der Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen im Frequenzbereich der Radargeräte geht man von einer geradlinigen Ausbreitung aus.

2. Deren konstante Ausbreitungsgeschwindigkeit. Die elektromagnetischen Wellen breiten sich mit annähernder Lichtgeschwindigkeit aus. Ob hier mit der Geschwindigkeit 3•108 m/s oder mit 300 000 km/s, oder ob die Lichtgeschwindigkeit sehr genau mit 299792458 m/s angegeben wird, ist eigentlich egal, man sollte nur immer die gleiche Größe benutzen.

3. Die Reflexion elektromagnetischer Wellen. Wenn diese Wellen auf einen elektrisch leitenden Körper treffen, werden sie reflektiert. Wird die reflektierte Welle am Ursprungsort (als „Echo”) wieder registriert, ist das ein Beweis dafür, dass sich in Ausbreitungsrichtung ein Hindernis befindet.

Man spricht von bei der Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen von quasioptischen Eigenschaften, das heißt, die elektromagnetischen Wellen verhalten sich ähnlich wie das Licht. Natürlich gibt es auch hier Effekte, die von der Optik bekannt sind, wie Beugung, Brechung und Reflexion. Davon haben aber die Beugung und Brechung vorerst nur untergeordnete Bedeutung.

Geschichtlicher Überblick

Die Entdeckung und Entwicklung der Radar-technik kann sich weder ein einzelner Staat noch eine einzelne Person für sich verbuchen. Man muss sie eher als eine Anhäufung vieler Entwicklungen und Verfeinerungen ansehen, an denen Wissenschaftler mehrerer Nationen parallel Anteil hatten. In der Vergangenheit gibt es dennoch einige Meilensteine, mit der Ent-deckung bedeutender Grundkenntnisse und wichtige Erfindungen:

1865 Der schottische Physiker James Clerk Maxwell stellt seine elektromagnetische Lichttheorie auf (Beschreibung der elektromagnetischen Wellen und ihrer Ausbreitung)

1886 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolf Hertz entdeckt die elektro-magnetischen Wellen und weist damit die Maxwell'sche Theorie nach.


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Abb. 2: Aus der Patentschrift von Christian Hülsmeyer

Der Gedanke, elektromagnetische Wellen zur Ortung von Schiffen auszunutzen, ist bereits 1904 von dem Düsseldorfer Ingenieur Christian Hülsmeyer in Deutschland und England als Patent angemeldet worden. Am 30. April 1904 wurde beim kaiserlichen Patentamt unter der Nr. 165 546 das von Christian Hülsmeyer entwickelte „Verfahren, um entfernte metallische Gegenstände mittels elektrischer Wellen einem Beobachter zu melden”, patentiert. In der Patentschrift findet man die Abbildung eines Dampfers, der mit Hilfe der Rückstrahlung ein entge-genkommendes Schiff feststellt. Auf dem Rhein durchgeführte Versuche hatten im Prinzip die Brauchbarkeit des Verfahrens ergeben. Zusätzlich zu diesem „Telemobiloskop” (Fernbewegungsseher) wurde Hülsmeyer ein Patent über die Entfernungsmessung erteilt. Diese Patente wurden auch in England und Frankreich erteilt. Angetrieben durch allgemeine Kriegsgescheh-nisse und durch die Entwicklung der Luftwaffen zu bedeutenden Leistungsträgern, erfährt die Radartechnik während des 2. Weltkrieges einen starken Entwicklungsschub und wird während des „kalten Krieges” in großen Stückzahlen entlang der innerdeutschen Grenze eingesetzt. Nach dem 2. Weltkrieg wird das Radarverfahren in damals sogenannter „Friedens-verwendung” eingesetzt. Heute ist eine zivile Nutzung von Radaranwendungen zum Alltag geworden.

1904 Der deutsche Hochfrequenztechniker Christian Hülsmeyer erfindet das „Telemobiloskop” zur Verkehrsüberwachung auf dem Wasser. Er misst die Laufzeit elektromagnetischer Wellen von einem Metallgegenstand (Schiff) und zurück, eine Berechnung der Entfernung ist damit möglich. Dies ist der erste praktische Radarversuch, Hülsmeyer meldet seine Erfindung zum Patent an.

1921 Erfindung des Magnetrons als leistungsfähige Senderöhre durch Albert Wallace Hull

1922 A. H. Taylor und L.C.Young vom Naval Research Laboratory (USA) orten erstmals ein hölzernes Schiff.

1930 L. A. Hyland, ebenfalls vom NRL (USA), ortet erstmals ein Luftfahrzeug.

1931 Ein Schiff wird mit Radar ausgerüstet. Als Sende- und Empfangsantennen werden Parabolantennen mit Hornstrahlern eingesetzt.

1936 Entwicklung des Klystrons durch Metcalf und Hahn, das als Verstärker oder Oszillator Verwendung findet.

1939 Zwei Physiker an der Universität von Birmingham in England, John Randall und Henry Boot, entwickelten ein leichtes, aber leistungsfähiges Mikrowellenradar und bauten es in einen B-17 Bomber ein. Das brachte die Wende im U-Boot-Krieg.

1940 Unterschiedliche Radaranlagen werden in den USA, Russland, Deutschland, Frankreich und Japan entwickelt.

Abb. 3: Würzburg-Riese, ein deutsches Radargerät aus dem 2. Weltkrieg (Exponat in Greding auf dem Kalvarienberg)


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Abb. 4: Prinzip eines Radargerätes

Abb. 5: Das Radarprinzip: eine Laufzeitmessung

Prinzip eines Radargerätes

Das folgende Bild zeigt stark vereinfacht das Prinzip eines Radargerätes.

Signalablauf

1. Ein leistungsfähiger Sender erzeugt eine hochfrequente Schwingung. 2. Der Duplexer (ein Sende- Empfangsumschalter) leitet zur Sendezeit die

hochfrequente Energie zur Antenne, zur Empfangszeit leitet er die schwachen Echosignale zum Empfänger.

3. Die Radarantenne strahlt die Impulse der Sendeleistung ab. 4. Die elektromagnetische Welle breitet sich mit annähernder Lichtgeschwindigkeit

aus. 5. An einem Hindernis (hier ein Flugzeug) wird ein Teil der Energie reflektiert. 6. Das Echo breitet sich ebenfalls mit Lichtgeschwindigkeit aus und erreicht die

Antenne. 7. Die Antenne empfängt in der Zeit zwischen den Sendeimpulsen die Echosignale. 8. Der Duplexer schaltet in der Empfangszeit die Antenne an den Empfängereingang. 9. Ein hochempfindlicher Empfänger verstärkt die Echosignale und verarbeitet diese

hochfrequenten Signale zu einem Videosignal um. 10. Der Radarschirm zeigt die aus den Echosignalen erzeugten Videoimpulse

maßstabsgerecht an. Die Reflexion an den Flugzeugen geschieht diffus, das heißt, es wird in viele verschiedene Richtungen reflektiert. Das in Richtung des Radargerätes reflektierte Echosignal wird oft mit dem englischen Begriff Backscatter bezeichnet. Die Radarinformationen werden traditionell auf einem PPI-Sichtgerät (PPI – Plan Position Indicator) dargestellt, jedoch gibt es auch modernere Sichtgeräte. Das PPI-Sichtgerät zeigt einen rotierenden Auslenkstrahl von der Mitte des Bildschirmes zum Rand und zeigt somit Entfernung und Seitenwinkel des georteten Zieles an. Das elektronische Prinzip von Radargeräten arbeitet ähnlich wie das in der Akustik zu beobachtende Echo einer Schallwelle. Erfolgt am Ursprungsort ab Beginn der Aussendung eines hochfrequenten Impulses eine Zeitmessung bis zum Eintreffen der Reflexion, so lässt sich mit der bekannten Ausbreitungsgeschwindigkeit der Abstand zwischen Ursprungsort und Hindernis errechnen.


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Abb. 6: Zeitsteuerung eines Radargerätes

Abb. 7: Tastverhältnis eines Radargerätes

Werden die Wellen stark richtungsmäßig gebündelt, so lässt sich zusätzlich die Richtung, in der sich der Gegenstand befindet, bestimmen. Mit den Werten Entfernung und Richtung ist die Position des Gegenstandes bezogen auf den Ursprungsort, eindeutig ermittelt. Geräte, die diese Positionsermittlung mittels elektromagnetischer Wellen vornehmen, nennt man RADAR- Geräte. Hierbei handelt es sich um ein aus dem englischen Sprachraum stammendes Kunstwort:

RAdio (Aim) Detecting And Ranging 1

Zeitsteuerung eines Radargerätes

Bei Radargeräten, deren Sender und Empfänger am gleichen Standort betrieben werden, bietet es sich an, dass die Antenne wie in Abb. 4 gezeigt sowohl zum Senden als auch zum Empfangen verwendet wird. Das wird auch dadurch begünstigt, dass die Sende- und Empfangszeit streng getrennt sind. Impulsfolgefrequenz

Die Impulsfolgefrequenz (engl.: Pulse Repetition Frequency PRF) eines Radargerätes ist die Anzahl der gesendeten Impulse pro Sekunde. Das Radargerät sendet einen kurzen hoch-frequenten Impuls mit der Sendeimpulsdauer Pw (engl.: Pulse Width) und wartet zwischen den Sendeimpulsen auf die Echosignale. Die Zeit vom Beginn des einen Sendeimpulses bis zum Beginn des nächsten Sendeimpulses wird Impulsfolge-periode (engl.: Pulse Repetition Time PRT) genannt und ist der Kehrwert der Impulsfolgefrequenz:

1PRT

PRF

PRT = Pulse Repetition Time PRF = Pulse Repetition Frequency

(1)

Die Zeit zwischen den Sendeimpulsen ist allgemein die Empfangszeit. Diese ist immer kleiner als die Differenz zwischen der Impulsfolgeperiode und der Sendezeit und wird manchmal zusätzlich begrenzt durch eine so genannte Totzeit. In der Totzeit vor dem nächsten Sendeimpuls werden bei modernen Radargeräten Systemtests durchgeführt. Tastverhältnis (Duty Cycle)

Das Tastverhältnis eines Radargerätes (engl. duty cycle) gibt das Verhältnis der Länge des eingeschalteten Zustands (Impulsdauer) zur Periodendauer bei einem Rechtecksignal an.

Mit nebenstehender Proportion kann jeweils zwischen Impulsleistung (engl.: peak power) und Durchschnittsleistung (engl.: average power) um-gerechnet werden. Bei Radargeräten wird die meist die Pulsleistung angegeben, da diese in die Radargleichung ein-gesetzt werden muss. Diese Leistung wird aber nur für einen sehr kurzen Zeitraum erzeugt, wäh-rend des Sendeimpulses mit der Pulsweite PW. Um diese Leistung dann auch reell messen zu können, werden Powermeter eingesetzt, die auf Grund ihrer relativ frequenzunabhängigen Arbeitsweise (thermische Auswertung der Leistung), nur eine Durchschnittsleistung messen können. Die Stromversorgungsanlage für

1 Etwa während der Zeit des Zweiten Weltkrieges wurde das Wort „Aim” (Flugziel) eingefügt. Später

wurde es aber wieder weggelassen, da RADAR ja nicht nur Flugziele betrifft.


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Abb. 8: Messung einer Richtung

den Sender muss durch die kapazitive Speicherung im Modulator auch nur etwas mehr als die Durchschnittsleistung zur Verfügung stellen. In den oft englisch- sprachigen Büchern über Radargeräte wird oft auch der Begriff duty cycle benutzt. Duty cycle ist das Produkt von der Impulsfolgefrequenz und der Pulslänge und somit auch das Verhältnis von der Sendezeit zur PRT.

Richtungsermittlung eines Zieles

Eine Bestimmung des Seiten- und Höhenwinkels des Zieles ist durch die Bündelung der gesendeten und empfangenen Energie durch die Antenne möglich. Diese Bündelung ist ein richtungsabhängiger Antennengewinn. Eine Antenne mit einer hohen Bündelung wird auch Richtantenne genannt. Die Winkelmessung wird dadurch möglich, dass die Antenne genau in die Richtung zeigen muss, aus der sie das Echosignal empfängt. Diese Winkel können als Höhen- und Seitenwinkel am Antennendrehtisch gemessen werden. Die Genauigkeit ist ein Maß der Richtwirkung bzw. des Antennengewinns und nimmt mit der steigenden geometrischen Antennengröße zu. Radargeräte arbeiten meist mit sehr hohen Frequenzen. Gründe dafür sind:

die geradlinige quasioptische Ausbreitung dieser Wellen,

die hohe Auflösung (je kleiner die Wellenlänge ist, um so kleinere Gegenstände können voneinander unterschieden werden), und

je höher die Frequenz, desto kleiner kann bei gleichem Antennengewinn die Antenne sein.

Radarantennen drehen sich im Regelfall horizontal, um die Radarerfassung auf eine große Fläche auszudehnen. Dieser Drehbewegung werden Winkelwerte von 0° bis 360° zuge-ordnet. Die Bezugsrichtung ist geografisch Nord mit einem (Seiten-)Winkel von 0°. Die Erhöhung des Seitenwinkels erfolgt im Uhrzeigersinn (Drehrichtung einer rundumsuchenden Antenne). Der Seitenwinkel kann auch im Uhrzeigersinn relativ zum eigenen Kurs dargestellt werden. Dies ist eine auf Schiffen oder in Flugzeugen häufig gewählte Art der Darstellung. Die Volle Umdrehung entspricht einem Winkel von 360°. Der häufig benutzte englische Begriff für Seitenwinkel lautet Azimuth (Az). Seitenwinkel werden durch die Winkelüber-tragung von der Antenne zum Sichtgerät übertragen. Zur genauen Bestimmung des Seitenwinkels ist eine genaue Vermessung der Nordrichtung nötig. Ältere Radargeräte müssen deshalb entweder magnetisch oder nach bekannten Geländepunkten geografisch aufwändig eingemessen werden. Modernere Radargeräte übernehmen diese Aufgabe selbst und bestimmen mit Hilfe der GPS- Satelliten die Richtung geografisch Nord selbst. Winkelübertragung

Die Winkelübertragung drehender Antennen kann mittels:

Servofolgesystem oder dem

Azimuth- Impulszählverfahren vorgenommen werden. Während das Servofolgesystem nur in älteren analogen Radargeräten durch ein System von Drehmeldegebern und Drehmeldeempfängern verwendet wird, hat das Verfahren der Azimuth-Change-Pulses sich in moderneren Geräten durchgesetzt. Neueste Radargeräte verzichten teilweise oder völlig auf eine mechanische Bewegung der Antenne. Hier erfolgt eine Zuordnung zum Seitenwinkel durch eine elektronisch gesteuerte Strahlschwenkung (Phased Array Antenne).


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Abb. 9: Prinzip der Messung des Höhenwinkels

Abb. 10: Winkelbeziehung zur annähernden Höhenbestimmung

Messung des Höhenwinkels

Der Höhenwinkel ist im Gegensatz zum Seitenwinkel ein vertikaler Winkel. Die Bezugsrichtung, 0° Höhenwinkel ist eine horizontale Linie in Ausbreitungsrichtung, beginnend an der Antenne. Meist wird der Höhenwinkel mit dem griechischen Buchstaben ε (Epsilon) bezeichnet. Der Höhenwinkel wird über dem Horizont (0° Höhenwinkel) positiv gezählt, unter dem Horizont negativ. Der englische Begriff für Höhenwinkel lautet Elevation (El).

Berechnung der Zielhöhe

Unter Zielhöhe wird der Abstand eines Zieles über der Erdoberfläche (Höhe über Grund) verstanden. Der manchmal verwendete Begriff Altitude bezeichnet dagegen die Höhe über dem Meeresspiegel. Die Höhe wird mit dem Buchstaben H (engl.: Height) abgekürzt. Die Höhe kann aus der Zielentfernung R und dem Höhenwinkel ε berechnet werden.

Gegenkathetesin

Hypothenuse

Mit R für die Hypothenuse und H für die Gegenkathete ergibt sich:

sinH R

Bezogen auf ein reelles Flugziel lässt sich die Zielhöhe jedoch nicht so einfach berechnen, da

die elektromagnetischen Wellen in der Atmosphäre an den Luftschichtübergängen (unterschiedliche Dichte) eine Brechung erfahren und

die Erdoberfläche eine Krümmung aufweist. Beide Faktoren werden in Radaranlagen mit integrierter Höhenberechnung durch aufwän-dige Formeln ausgeglichen. Denn die Berechnung der Zielhöhe ist nicht nur eine Winkelfunk-tionsberechnung in einem Dreieck, sondern es muss auch die für den Standort geltende Erdkrümmung berücksichtigt werden:

2

sin2 e

RH R

r

R = Schrägentfernung des Zieles ε = gemessener Höhenwinkel re = Erdradius (ca.: 6370 km) (Auch diese Formel ist nur eine Annäherung!)

(2)

In der Praxis unterliegt aber die Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen auch noch einer Refraktion, das heißt, der Sendestrahl des Radargerätes ist keine geradlinige Seite dieses Dreiecks, sondern diese Seite wird zusätzlich auch noch gekrümmt in Abhängigkeit von:

der Sendefrequenz;

des atmosphärischen Druckes;

der Lufttemperatur und

der Luftfeuchtigkeit. Für eine annähernde Berechnung einer Höhe unter Berücksichtigung der Refraktion wird oft als äquivalenter Erdradius der praxisorientierte Wert

4 8500 km3 eÄ

R r

eingesetzt.


8

Entfernungsbestimmung

Die Entfernung wird aus der Laufzeit des hochfrequenten Sendesignals und der Ausbrei-

tungsgeschwindigkeit c0 ermittelt. Dabei wird eigentlich eine Schrägentfernung gemessen:

die Entfernung zwischen dem Radargerät und einem Flugziel. Da hierbei aber der Hin- und Rückweg berücksichtigt werden muss, ergibt sich folgende Formel:

0

2

c tR

c0 = Lichtgeschwindigkeit = 3•108 m

/s

t = Laufzeit [s]

R = Entfernung Antenne - Flugziel [m]

(4)

In der Flugsicherung wird die Entfernung aus historischen Gründen in „nautischen Meilen”, in der Luftverteidigung in Kilometern angegeben. Herleitung der Formel zur Entfernungsbestimmung

Unter dem Begriff Zielentfernung R (vom engl.: Range) wird der Abstand zwischen Radar-gerät und Ziel verstanden. Die Zielentfernung kann aus der Laufzeit des Radarsignals vom Sender zum Ziel und zurück zum Empfänger bestimmt werden. Grundlage dazu dient die allgemeine physikalische Formel:

sv

t

v = Geschwindigkeit [m/s]

t = Zeit [s]

s = Weg [m]

(5)

2Rv

t

Da die Strecke R vom Radarsignal zweimal durchlaufen wird, muss

für den zurückgelegten Weg der Wert 2·R eingesetzt werden.

(6)

Die Elektromagnetischen Wellen breiten sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit aus, deshalb

wird die Geschwindigkeit v durch die Lichtgeschwindigkeit c0 ersetzt und gleichzeitig wird die

Formel nach R umgestellt:

0

2

c tR

c0 = Lichtgeschwindigkeit = 3•108 m

/s

t = Laufzeit [s]

R = Entfernung Antenne - Flugziel [m]

(7)

Ist die jeweilige Laufzeit t bekannt, so lässt sich mit Hilfe dieser Gleichung die Entfernung R

zwischen einem beliebigen Ziel und der Radaranlage errechnen.

Beispiel: Die folgende Formel wird für die Berechnung der Zielhöhe in dem russischen Höhenfinder PRW-16 verwendet:

(3) Dabei bedeuten die einzelnen Formelabschnitte:

1. Zielhöhe ohne Beachtung der Erdkrümmung; 2. der Einfluss der Erdkrümmung auf die Zielhöhe; 3. der Einfluss der Refraktion in der Atmosphäre und 4. ein Temperaturkoeffizient.


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Abb. 12: Das Echo aus einer Überreichweite wird in einer falschen Entfernung dargestellt.

Abb. 11: genauere Berechnung der geografischen Entfernung

Berechnung der geografischen Entfernung

Aus der Abb. 11 kann man den Lösungsansatz entnehmen. Ein Dreieck zwischen den Punkten: Mittelpunkt der Erde, dem Standort des Radargerätes und dem Standort des Flugzieles, dessen Seiten durch den Kosinussatz und somit durch die Gleichung

verbunden sind (RÄ ist hier der äquivalente Erdradius).

Unter der Annahme, dass die Erde eine Kugel sei, kann aus dem Winkel α das Teilstück des Erdumfanges schon mit einfacher Ver-hältnisrechnung aus dem gesamten Erdumfang berechnet werden.

Dieser Teilabschnitt des Erdumfanges kann als eine Annäherung (hier allerdings noch ohne eine Berücksichtigung der Refraktion) an die tatsächliche topografische Entfernung angesehen werden.

Maximale Messentfernung

Die maximale Messentfernung Rmax eines Radargerätes orientiert an der Dauer der Empfangszeit. Die folgenden Formeln für die maximale Messentfernung zeigen, dass die Dauer der Empfangszeit größer sein muss, als die zu messende Laufzeit. Somit wird die maximale Messentfernung durch die Impulsfolgezeit (PRT= Pulse Repetition Time) begrenzt.

Nach der Empfangszeit eintreffende Echosignale fallen entweder in die

Sendezeit und bleiben unberücksichtigt, da die Radaranlage in dieser Zeit nicht empfangsbereit ist oder

in die nachfolgende Empfangszeit und führen so zu Messfehlern (Überreichweiten).

Diese weitentfernten Echos von einem früheren Sendeimpuls werden zusammen mit den Echos aus der aktuellen Pulsperiode empfangen und dargestellt („Entfernungsfaltung”). Moderne digitale Empfänger versuchen allerdings diese Echos zu entfalten.

22 2 2 cos

Ä Ä Ä ÄR R R H R R H (8)

.360 2topogr ÄR R (9)

max

max

in sin [Nmi]

in sin [km]

(PRT )

12,35 s

(PRT )

6,66 s

W

W

µ

µ

PR

PR

Die Länge des Sendeimpulses (PW) in dieser Formel beruht darauf, dass erst die gesamte Dauer des Echoimpulses empfangen werden muss, um ein Zielzeichen zu erzeugen!

(10) (11)

Beispiel: Die gemessene Schrägentfernung betrage 20 km (etwa 11 nautische Meilen), die bekannte im Flugzeug barometrisch gemessene Zielhöhe sei 3000 m (etwa 10000 Fuß). Die mit den obigen Formeln errechnete Differenz zwischen der Schrägent-fernung und der geografischen Entfernung ist dann etwa -238 Meter. Bei geringerer Entfernung kann in dieser Flughöhe schon die zulässige Toleranz von 250 Metern während einer Flugvermessung überschritten werden.


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Abb. 13: bei einer sich ständig ändernden Impulsfolgefrequenz hat ein Zielzeichen aus einer Überreichweite keine stabile Position zum folgenden Sendeimpuls.

Abb. 14: eine Überreichweite wird bei einer sich ständig ändernden Impulsfolgefrequenz nicht mehr als kompaktes Zielzeichen geschrieben.

Ein einfaches PPI-Sichtgerät beginnt bei jedem Sendeimpuls seine Auslenkung wieder in der Bildschirmmitte. Wenn also ein Echo aus sehr großer Entfernung erst nach dem nächsten Sendeimpuls eintrifft, wird auf dem Sichtgerät dieses Zielzeichen mit einer falschen Entfernung dargestellt. Die angezeigte Entfernung auf dem Sichtgerät sollte also die maximale Messentfernung nach der Radargleichung übersteigen. Die Darstellung sollte aber noch vor dem nächsten Sendeimpuls beendet sein. Bei einer sich ständig ändernden Impulsfolgefrequenz (staggered PRT) wird das Zielzeichen aus einer Überreichweite nicht mehr als kleiner Kreisbogen dargestellt. Durch die ständig von Impuls zu Impuls geänderten Empfangszeiten wird dieses Echo nur als eine Ansammlung von Punkten in einem bestimmten gerätetypischen Muster dargestellt. Durch dieses Unterscheidungsmerkmal könnte eine prozessorgesteuerte Signalverarbeitung die richtige Entfernung errechnen. (Dieser Vorgang wird „Entfaltung” genannt.) Abbildung 14 zeigt ein normales Zielzeichen mit einer IFF- Antwort und daneben eine Überreichweite des IFF bei Nutzung einer sich ständig ändernden Impulsfolgefrequenz. Hier ist zusätzlich zur staggered PRT auch zu beobachten, dass das IFF nicht jeden Synchronimpuls des Primärradars benutzt. Modernere 3D-Radargeräte mit einer Phased Array Antenne (wie etwa das Luftverteidigungsradar RRP-117) kennen dieses Problem der Überreichweiten nicht, da hier der Systemcomputer nach einem festgelegten Schema praktisch jeden Sendeimpuls in eine andere Richtung aussendet. Sollte ein Echo in der folgenden Empfangszeit eintreffen, dann zeigt das Antennendiagramm längst in einen ganz anderen Höhenwinkel. Minimale Messentfernung

Die minimale Messentfernung Rmin ist der Abstand von der Antenne, den ein Ziel mindestens haben muss, um erfasst zu werden. Dazu ist es notwendig, dass der Sendeimpuls die Antenne vollständig verlassen und die Radar- Anlage auf Empfang umgeschaltet hat. Die Sendezeit PW sollte also so kurz wie möglich sein, wenn Ziele im Nahbereich aufgefasst werden sollen. Die Umschaltzeit des Sende- Empfangsumschalters (Duplexers) geht hier als Schaltzeit oder Erholzeit ebenfalls in die Formel mit ein.

max

max

Schaltzeit

Schaltzeit

[Nmi]12,35 s

[km]6,66 s

W

W

PR

PR

(12) (13)

Selbst wenn durch spezielle Verfahren (Pulskompression) einige Nachteile langer Sende-zeiten ausgeglichen werden können: die schlechte minimale Messentfernung bleibt als Nachteil langer Sendezeiten immer erhalten!

Bei Radargeräten mit sehr kleiner Sendeleistung und bei aktiven Antennen mit einer Vielzahl von kleinen Sendeverstärkern kann die Trennung von Sende- und Empfangsweg durch Ferritzirkulatoren realisiert werden. In diesem Fall kann das Radar gleichzeitig senden und empfangen und hat keine ausgeprägte minimale Messentfernung.


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Abb. 15: Ungerichtete Leistungsdichte

Radargleichung

Die Radargleichung wird dazu benutzt, die physikalischen Zusammenhänge von der Sendeleistung, über die Wellenausbreitung bis zum Empfang darzustellen. Des Weiteren lässt sich mit ihr die betriebliche Leistungsfähigkeit von Radaranlagen beurteilen. Herleitung der Radargleichung

Im Folgenden wird zunächst davon ausgegangen, dass sich die elektromagnetischen Wellen unter idealen Bedingungen, also ohne Störeinflüsse, ausbreiten können. Wird von einem isotropen Kugelstrahler hoch-frequente Energie abgestrahlt, so verteilt sich diese gleichmäßig nach allen Richtungen. Demzufolge bilden Flächen gleicher Leistungsdichte Kugeln um den Strahler. Bei größer werdendem Kugelradius verteilt sich die Energie auf eine größere Fläche (A= 4 π R²) um den Strahler. Oder anders ausge-drückt: bezogen auf eine angenommene Fläche wird die Leistungsdichte an der Fläche mit steigen-dem Abstand geringer. Somit ergibt sich für die ungerichtete Leistungsdichte Su die folgende Formel:

PS = Sendeleistung [W] Su = ungerichtete Leistungsdichte R1 = Entfernung Antenne - Ziel [m]

(14)

Wird die Abstrahlung (bei gleichbleibender Sendeleistung) durch geeignete Maßnahmen auf eine Kugelteilfläche begrenzt, so ergibt sich in Abstrahlrichtung eine Erhöhung der Leistungsdichte. Man spricht von einem Antennengewinn. Erzielt wird dieser Gewinn durch gerichtete Abstrahlung der Energie. Für die gerichtete Leistungsdichte ergibt sich:

Sg= Su · G Sg = gerichtete Leistungsdichte G = Antennengewinn

(15)

Radarantennen sind in der Realität natürlich keine „teilabstrahlenden” Kugelstrahler, sondern Richtantennen (z.B. Parabolantennen oder Phased Array Antennen) mit einem Antennen-gewinn von 30 bis 40 dB. Die Zielauffassung ist nicht nur von der Leistungsdichte am Ort des Zieles abhängig, son-dern zusätzlich von der Einschränkung wie viel davon tatsächlich in Richtung der Radar-anlage zurückreflektiert wird. Um die nutzbare reflektierte Leistung bestimmen zu können, wird die Rückstrahlfläche σ benötigt. Diese schwierig zu erfassende Größe ist von mehreren Faktoren abhängig. So ist es zunächst einleuchtend, dass eine größere Fläche mehr Leistung reflektiert als eine kleine Fläche, anders ausgedrückt: Ein Jumbo-Jet bietet bei gleicher Fluglage mehr Reflexionsfläche als ein Sportflugzeug. Darüber hinaus hängt die Rückstrahlfläche stark von Formgebung, Oberflächenbeschaf-fenheit und den verwendeten Materialien ab. Wird das bisher gesagte zusammengefasst, so ergibt sich die reflektierte Leistung Pr (am Zielort) aus der Leistungsdichte Su, dem Antennengewinn G und der sehr variablen Rückstrahlfläche σ :

Pr = reflektierte Leistung σ = Rückstrahlfläche

(16)


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Abb. 16: Zusammenhang zwischen Formel (14) , (16) und (17)

Vereinfacht kann ein Ziel aufgrund der reflektierten Leistung wiederum als Strahler betrachtet werden. Die reflektierte Leistung Pr wird dann zur abgestrahlten Leistung. Da auf dem Rückweg der Echos die gleichen Verhältnisse wie auf dem Hinweg herrschen, ergibt sich für die Leistungsdichte am Empfangsort Se:

Se = Leistungsdichte am Empfangsort Pr = reflektierte Leistung [W] R2 = Entfernung Ziel - Antenne [m]

(17)

An der Radarantenne ist die Empfangsleistung PE abhängig von der Strahldichte am Empfangsort und der wirksamen Antennenfläche AW.

PE = Se · AW PE = Empfangsleistung [W] AW = wirksame Antennenfläche [m²]

(18)

Die wirksame Antennenfläche ergibt sich aus der Tatsache, dass eine Antenne nicht verlust-frei arbeitet, d.h. die geometrischen Abmessungen stehen nicht ganz als Empfangsfläche zur Verfügung. In der Regel ist die Wirkung einer Antenne um den Faktor 0,6 bis 0,7 (Faktor Ka) kleiner, als die geometrischen Abmessungen vermuten lassen. Für die wirksame Antennenfläche gilt:

AW = A · Ka AW = wirksame Antennenfläche [m²] A = geometrische Antennenfläche [m²] Ka = Faktor

(19)

Damit ergibt sich für die Leistung am Empfangsort PE:

(18) (19) (20) (17) (21)

Bisher wurde bei den Herleitungen der Hin- und Rückweg gesondert betrachtet. Mit dem nächsten Schritt werden beide Wege zusammengefasst und da die Strecke R1 (Antenne - Ziel) gleich R2 (Ziel - Antenne) ist, wird das im nächsten Schritt berücksichtigt.

(21) (16) (22)


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Eine weitere Gleichung, die an dieser Stelle nicht hergeleitet werden soll, stellt den Antennengewinn G in Beziehung zu der verwendeten Wellenlänge λ und der effektiven Antennenfläche A·Ka .

(23)

Nach der Umstellung auf die Antennenfläche A·Ka und dem Einsatz in die Gleichung (22) ergibt nach der Kürzung:

(24)

Nach der Umstellung auf die Reichweite R entsteht die klassische Form der Radargleichung:

(25)

Bei der Herleitung der Radargleichung wurden alle Größen, die Einfluss auf die Wellen-ausbreitung der Radarsignale nehmen, berücksichtigt. Darüber hinaus wurden die Abhän-gigkeiten der Größen veranschaulicht und letztendlich in der klassischen Radargleichung zusammengefasst. Über diesen theoretischen Ansatz hinaus lässt sich die Radargleichung sehr wohl auch in der Praxis anwenden, z.B. um die Leistungsfähigkeit von Radaranlagen zu ermitteln. Für diese erweiterten Betrachtungen eignet sich die Form der klassischen Radargleichung jedoch noch nicht. Einige weitere Überlegungen sind notwendig. Bezogen auf eine bestimmte Radaranlage können die meisten Größen (Ps, G , λ) als konstant betrachtet werden, da sie nur in kleinen Bereichen veränderliche Gerätedaten sind. Dagegen stellt die Rückstrahlfläche σ eine schwer fassbare Größe dar und wird deshalb meistens mit dem praxisorientierten Wert 1 m² angenommen.

(26)

Unter dieser Bedingung ist die Empfangsleistung PE interessant, die im Radarempfänger ein gerade noch wahrnehmbares Echosignal hervorruft. Diese Empfangsleistung wird PE min genannt. Kleinere Empfangsleistungen sind nicht verwertbar, da sie im Rauschen des Empfängers untergehen. PE min in die Radargleichung eingesetzt, bewirkt, dass mit der Gleichung die theoretisch maximale Reichweite Rmax bestimmt werden kann. Eine praxisnahe Anwendung dieser Radargleichung ist die Ermittlung von Leistungsdaten bestimmter Radaranlagen mit dem Ziel, die Anlagen zu vergleichen und zu bewerten.


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Einflüsse auf die Reichweite einer Radaranlage

Alle Betrachtungen in Zusammenhang mit der Radargleichung wurden bisher unter der Voraussetzung angestellt, dass sich die elektromagnetischen Wellen unter idealen Bedingungen ausbreiten können. In der Praxis ergeben sich allerdings eine Reihe von Verlusten, die nicht unberücksichtigt bleiben können, da sie die Wirksamkeit einer Radar-anlage zum Teil erheblich reduzieren. Dazu wird zunächst die Radargleichung um den Verlustfaktor Lges erweitert (von engl: Losts).

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Dieser Faktor fasst die nachfolgend beispielhaft aufgeführten Verlustarten zusammen:

L D = geräteinterne Dämpfungsverluste auf dem Sende- und Empfangsweg

L f = Fluktuationsverluste bei der Reflexion am Ziel

L Atm = atmosphärische Dämpfungsverluste auf dem Ausbreitungsweg zum Ziel und zurück.

Geräteinterne Dämpfungsverluste entstehen in der Hauptsache an Hochfrequenzbauteilen wie Hohlleiter, Filter, aber auch durch ein Radom. Diese Verlustart ist, bezogen auf eine bestimmte Radaranlage, in ihrem Wert relativ konstant und auch gut ermittelbar (messbar). Als ständiger Einfluss ist noch die atmosphärische Dämpfung und Reflexionen an der Erdoberfläche zu nennen.

Die Radargleichung in der Praxis

Sendeleistung

Zur Betrachtung des Einflusses der Sendeleistung nehmen wir an, dass alle anderen Faktoren in der Radargleichung konstant sind. Somit erhalten wir, dass die Reichweite proportional der vierten Wurzel der Sendeleistung ist. Es muss also die Sendeleistung versechzehnfacht werden, damit sich die Reichweite verdoppelt

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Beispiel: In einer Senderendstufe eines Radargerätes arbeiten 32 Module gleicher Leistung parallel, deren Leistung anschließend zur Gesamtleistung summiert wird. Wenn eines dieser Sendermodule ausfällt, verringert sich also die Sendeleistung um ein zweiunddreißigstel. Auf wie viel Prozent verringert nun sich die Reichweite des Radargerätes?

Die Reichweite beträgt unter Anwendung der Formel (24) nur noch 99,2%, ein vernachlässigbarer Unterschied zur vollen Sendeleistung! Das Radar kann also trotz des Ausfalls eines Sendermoduls ohne Unterbrechung bis zur nächsten Wartung weiterarbeiten.

Abb. 17: Halbleitersender mit 32 Sendermodulen


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Abb. 18: experimentell ermittelte relative Rückstrahlfläche σ /σ0 eines B 26-Bombers bei einer Frequenz von 3 GHz (nach Skolnik)

Empfängerempfindlichkeit

Analog wie bei der Sendeleistung werden alle anderen Faktoren als konstant angenommen. Sie steht zwar auch unter der 4. Wurzel, aber im Nenner.

Eine Verringerung der minimalen Empfangsleistung des Empfängers bringt also die Erhöhung der Reichweite.

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Es gibt für jeden Empfänger eine bestimmte Empfangsleistung, ab der er überhaupt arbeiten kann, ab der das empfangene Signal um einen bestimmten Betrag über dem Rauchpegel liegt. Diese kleinste verarbeitbare Empfangsleistung wird in der Radartechnik häufig mit der Bezeichnung MDS (Minimum Detectable Signal) versehen. Radartypische Größen des MDS-Echos liegen im Bereich von -104 dBm bis -110 dBm. Antennengewinn

Unter der 4. Wurzel der Radargleichung steht das Quadrat des Antennengewinns. Wir erinnern uns: die gleiche Antenne wird hier ja auch auf dem Hin- und dem Rückweg benutzt.

Damit wird eine Vervierfachung des Antennengewinns eine Verdopplung der Reichweite bewirken.

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Das zeigt, dass der Zustand der Antenne einen sehr großen Einfluss auf die Reichweite des Radargerätes hat. Rückstrahlfläche

Diese, in manchen Veröffentlichungen auch effektive Reflexionsfläche genannte Rückstrahl-fläche ist eine flugkörperspezifische Größe, die von vielen Faktoren abhängig ist. Die rechnerische Ermittlung des wirksamen σ-Wertes ist nur bei einfachen Körpern möglich, und zwar ist die Rückstrahlfläche abhängig von der Körperform und der Wellenlänge, oder besser gesagt, vom Verhältnis der Strukturabmessungen des Körpers zur Wellenlänge. Praktisch hängt die effektive Rückstrahlfläche von:

- der Größe des Flugkörpers, - der momentanen Fluglage, - der Sendefrequenz des Radargerätes - den verwendeten Materialien - und den elektrischen Eigenschaften der

Oberfläche des Flugkörpers ab. Während bei der Konstruktion eines Passagier-flugzeuges mehr Augenmerk auf Effektivität und Sicherheit gelegt wird, wird bei einem militärisch genutzten Flugzeug schon darauf geachtet, dass diese Rückstrahlfläche möglichst klein ist. Diese sogenannte Stealth- Technologie („Tarnkappenbomber“) wurde im Golfkrieg schon erfolgreich angewendet, hat aber im Kosovokrieg wegen der extrem niedrigen Frequenz der serbischen Radargeräte (VHF-Bereich) bekanntlich große Probleme für die Piloten der Stealth - Bomber gebracht. Praktische Werte liegen zwischen 0,01 m2 bei Stealth- Flugzeugen, 1 m2 bei klassischen Jagdflugzeugen und können bis zu 50 m2 bei strategischen Bombenflugzeugen erreichen.


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Mehrfrequenzradargeräte (Frequenz-Diversity)

Arbeitsprinzip

Die Verwendung von verschiedenen Frequenzen hat das Ziel, den Anteil von Fluktuationsverlusten Lf bei der Reflexion am Ziel, deren Größe mit der Sendefrequenz variiert, zu verringern. Diese Fluktuationsverluste treten auf, weil sich die reflektierte Energie an mehreren Teilflächen des Flugzeuges durch geringe Laufzeitunterschiede überlagern und sogar gegenseitig auslöschen können. Mehrfrequenzradargeräte strahlen deshalb mehrere Sendeimpulse unterschiedlicher Frequenz mit sich gegenseitig überdeckender Antennenrichtcharakteristik aus. Von jedem Ziel im Auffassungsbereich empfangen sie also mehrere Echosignale unterschiedlicher Frequenz, die einer gemeinsamen logischen Bearbeitung unterliegen. Wenn bei einer Frequenz zufällig eine Auslöschung durch Interferenz erfolgt, dann soll durch einen geeigneten Frequenzabstand die zweite Frequenz an dieser Stelle ein Maximum haben.

Abb. 19: Blockschaltbild eines Frequenz-Diversity-Radars

Aufgaben der Baugruppen

Synchronizer Der Synchronizer ist eine Impulszentrale und steuert alle zeitlichen Abläufe im Radargerät. Er erzeugt eine Reihe von Synchronimpulsen für den Sender, die Sichtgeräte sowie andere angeschlossene Baugruppen.

Modulator Der Modulator schaltet für den Sendemoment die Hochspannung an den Sender. Dabei werden hier beide Sender kurz hintereinander eingeschaltet.

Sender Der Radarsender erzeugt einen sehr kurzen, hochfrequenten Impuls mit sehr hoher Leistung.

Kommutator Ein Kommutator (das Wort kommt aus dem Lateinischen und bedeutet soviel wie „Sammelschiene” oder „Vermittlung”) ist eigentlich ein zeitlich gesteuerter Schalter.

Er kann entweder passiv arbeiten (alle ankommenden HF-Impulse auf den beiden Eingangsleitungen werden zum Ausgang geleitet), oder mittels Torimpulsen (siehe Bild) die HF- Eingangsimpulse zeitlich korrekt getrennt zum Ausgang schalten. Da sehr schnell sehr hohe Frequenzen geschaltet werden müssen, wird im Kommutator eine Technologie ähnlich wie im Sende-Empfangsumschalter eingesetzt.


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Duplexer Der Duplexer ist der Sende-Empfangsumschalter und schaltet die Antenne im Sendemoment an den Sender und in der Empfangszeit an den Empfänger. Im Sendemoment muss er den empfindlichen Empfängereingang vor der großen Sendeleistung schützen.

Antenne Die Antenne setzt die hochfrequente Energie des Senders in elektromagne-tische Felder um und verteilt die Leistung in bestimmte Richtungen. Dieser Prozess ist umkehrbar für den Empfang der Echosignale.

Frequenzselektor Der Frequenzselektor ist eine Frequenzweiche, um die ankommenden Echosignale frequenzmäßig dem passenden Empfänger zuzuordnen.

Empfänger Die Empfänger verstärken und demodulieren das empfangene Echosignal. Am Ausgang der Empfänger liegen Videoimpulse an.

Verzögerungsstufe Der Impuls f1 wurde im Sender um einen bestimmten Zeitbetrag gegenüber dem Impuls f2 verzögert. Diese Verzögerung auf dem Empfangsweg wieder rückgängig zu machen, das geht nur, indem nun auch der Impuls f2 um genau diesen Zeitbetrag verzögert wird, damit die Echoverarbeitung beide Signale gleichzeitig verarbeiten kann. Beachte, dass der als erstes gesendete Impuls auch als erstes auf dem Oszilloskop, also links gezeigt wird!

Signalverarbeitung Bei einem Mehrfrequenzradargerät werden die Einzelsignale in getrennten Kanälen parallel bearbeitet, summiert und mit einem Schwellwert verglichen. Dabei kommen mehrere Bearbeitungsverfahren zur Anwendung:

lineare Addition der Amplituden aller Kanäle (maximaler Reichweitengewinn bei geringer Störfestigkeit);

Multiplikation der Amplituden aller Kanäle (maximaler Störschutz);

Summierung der Quadrate der Amplituden aller Kanäle (optimales Verfahren!); lineare Addition der Amplituden mehrerer Kanäle mit nachfolgender Multiplikation der Summen (in diesem Blockschaltplan gezeichnet);

Multiplikation der Amplituden mehrerer Kanäle mit nachfolgender Addition der Produkte.

Eine hohe Effektivität wird durch eine situationsangepasste Auswahlmöglichkeit einer der genannten Bearbeitungsverfahren erreicht. Welches Verfahren in welchem Radargerät wann zur Anwendung kommt, bleibt meist Firmengeheimnis oder unterliegt mindestens einer Geheimhaltungsstufe.

Radarsichtgeräte Das Radarsichtgerät zeigt eine einfach zu erfassende grafische Darstellung der Position der Radarziele in Echtzeit. Es werden nach Möglichkeit auch zusätzliche Informationen, wie etwa die Identifikation des Zieles angezeigt.

Zusammenfassung Frequenz-Diversity:

Mit dem Mehrfrequenzradarverfahren ist es möglich, bei gleicher Entdeckungswahrschein-lichkeit und gleicher Falschalarmrate eine wesentlich höhere Reichweite zu erzielen. Die physikalische Grundlage bildet die Glättung der Fluktuation des komplexen Echosignals. Infolge der Unterschiede im Sekundärstrahlungsdiagramm des Zieles für die unterschied-lichen Trägerfrequenzen sind die Extrema (Minima und Maxima) gegeneinander verschoben, was bei einer Summierung der Einzelsignale zu einer Glättung des resultierenden Signals führt. Notwendige Bedingung für diese Reichweitenerhöhung durch Erhöhung der Wahr-scheinlichkeit der Zielerkennung ist die Unabhängigkeit der reflektierten Einzelsignale. Das ist genau dann der Fall, wenn sich die unterschiedlichen Spektren der Sende- und somit der Echosignale nicht überdecken. Ein wesentlicher Vorzug des Mehrfrequenzradarverfahrens ist die höhere Störfestigkeit des Verfahrens. Wesentlichen Einfluss dabei hat die Art und Weise der Weiterverarbeitung der einzelnen Empfangssignale. So bietet die lineare Summierung der Frequenzkomponenten des Mehrfrequenzsignals die größte Wahrscheinlichkeit für die Zielerkennung, bringt aber hinsichtlich der Störfestigkeit nur einen geringen Gewinn gegenüber einem Radargerät mit nur einer Sendefrequenz. Deshalb wird die lineare Summierung vorwiegend in Flugsich-erungsradargeräten eingesetzt. Luftverteidigungsradargeräte nutzen hier eine komplexere Signalverarbeitung.


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Wissenstest

1. Nennen Sie den Verlauf eines Radarsignals vom Radarsender bis zu einer Darstellung auf dem Sichtgerät!

Radarsender →.............................................................................................................. ................................................................................................................ → Sichtgerät

2. Was sind die Aufgaben eines Duplexers und nennen Sie eine mögliche Bedingung,

unter der man auf eine solche Baugruppe verzichten kann! - - - -

3. Bei einem Flugsicherungsradargerät mit zwei gleichen Sendern im Frequenz- Diversity- Betrieb muss ein Sender wegen eines Defektes abgeschaltet werden.

3.1. Um welchen Faktor verringert sich gemäß der Radargleichung die

Reichweite des Radars, ohne Berücksichtigung der Fluktuationsverluste?

3.2. Wie wirkt sich das Fehlen des zweiten Senders unter Berücksichtigung der

Fluktuationsverluste auf die Reichweite aus?

□ Sinkt die Reichweite noch mehr, oder □ wird der beim ersten Teil der Frage berechnete Reichweitenverlust

wenigstens ein bisschen ausgeglichen?

4. Bei einem Impulsradargerät beträgt die Sendeimpulsdauer 1,5 µs und die Erholzeit des Duplexers 0,5 µs. Wie weit von der Antenne muss ein Flugzeug mindestens entfernt sein, um auf dem Sichtgerät dargestellt werden zu können?

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RadartutorialAbb. 3: Würzburg-Riese, ein deutsches Radargerät aus dem 2. Weltkrieg (Exponat in Greding auf dem Kalvarienberg) „Radartutorial“ () 4 Abb. 4: Prinzip eines Radargerätes